Grafit Hedef ve Titanyum Hedef Birlikte Sıçrama ile Hazırlanan TiCN İnce Filmlerin Yapı ve Özellikleri

Grafit hedef ve titanyum hedef ortak püskürtme ile hazırlanan TiCN ince filmlerin yapı ve özellikleri

TiCN ince filmler, M2 yüksek hızlı çelik substrat üzerinde, azot ve argonun karışık bir atmosferinde grafit hedefi ve titanyum hedefi püskürtülerek hazırlandı. TiCN ince filminin mikro yapısı ve yapısı, elektron mikroskobu ve X ışını difraktometresinin taranmasıyla analiz edildi. TiCN ince filminin sertliği nano girinti aleti ile test edildi. Bu arada, TiCN ince film ve matrisin kombinasyonu, girinti yöntemi ve çizik yöntemi ile değerlendirildi. Sonuçlar, TiCN ince filmindeki C atomlarının, TiC kafesinde katı çözelti biçiminde bulunduğunu, TiCN ince filminin (111) oryantasyonunun bulunduğunu göstermektedir. ) Kristal yüzey açıkça TiN ince filminkinden daha zayıf, TiCN ince filmin kırılması uzun blok bir yapıdır, çapraz boyutu TiN ince filminkinden daha küçüktür ve TiCN ince filmin yüzeyi içbükey ve dışbükeydir. TiCN ince film ve matris arasındaki bağlanma kuvveti, yaklaşık 40N'dir ve C atomu, TiCN ince filminde katı çözelti güçlendirme ve ince kristal güçlendirme etkisine sahiptir. TiCN ince filminin sertliği, 20,3 TiN filminden 33,4GPa'ya yükselir. TiCN filmi iyi bir anti-sürtünme performansına sahiptir ve TiCN film kılavuzlarının kullanım ömrü, 40Cr malzemesine dokunulduğunda TiN film kılavuzlarına ve kaplanmamış kılavuzlara göre önemli ölçüde geliştirilmiştir.

Modern kesme teknolojisinin hızlı gelişimi, kesici takımların malzemesi ve özellikleri için daha yüksek gereksinimleri ortaya koydu. Takım performansını arttırmanın uygulanabilir yollarından biri, sert filmi takım yüzeyine koymaktır . TiN, TiC, TiCN ve TiAlN sert filmi, birkaç takım yüzey koruma katmanının erken görünümüdür, yine de mekanik koruma filmi alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. TiCN ince filmler, yüksek sertlik ve düşük sürtünme katsayısı nedeniyle kesici takımlarda, kalıplarda ve aşınmaya dayanıklı parçalarda yaygın olarak kullanılır. TiCN ince filmler, esas olarak kimyasal buhar biriktirme (CVD) ve fiziksel buhar biriktirme (PVD) dahil olmak üzere buhar biriktirme ile hazırlanır. 850 above üzerindeki fırın sıcaklığı tarafından hazırlanan ince filmin CVD işlemi , genellikle orta sıcaklıkta kimyasal buhar biriktirme tekniği (MT - CVD), çalışma sıcaklığı yaklaşık 600 is, çelik kalıbın ötesindeki genel ve tavlama sıcaklığının parçaları, yöntem, çelik yüzey üzerinde kaplama için uygun değildir. 500 by altındaki çalışma sıcaklığı tarafından hazırlanan ince filmin PVD'si, çelik substrat kaplamanın gereğini karşılayabilir.

Şu anda, PVD yöntemlerinin çoğu, TiCN ince filmler hazırlamak için C kaynağı olarak CH4 veya C2H2 kullanır. Hazırlık işlemi sırasında, gaz akış oranını ayarlayarak farklı element içerik oranlarına ve farklı özelliklere sahip TiCN ince filmler elde edilebilir. Ancak, bu yöntemle ilgili sorun aşırı karbon kaynaklı gazın kaplamanın iç yapısında ciddi kirliliğe neden olacağıdır. makine fırın gövdesi ve fırın duvarındaki artık karbon gevşek tabaka, sürekli üretime elverişli olmayan ve çoğu zaman film iş parçasının dengesiz performansına yol açan, filmin biriktirme atmosferine müdahale ederek, bir sonraki kaplamada serbest bırakılacaktır. Endüstriyel üretimde.

TiCN filmi hazırlamak için katı C kaynağı kullanmak, fırın gövdesinin kirlenmesini büyük ölçüde azaltabilir veya önleyebilir. Reaktif magnetron püskürtme, PVD yönteminin ana teknolojilerinden biridir. Bu yöntemle hazırlanan kaplama yüzeyi büyük partikül fenomenine sahip değildir, ancak iyi yüzey kalitesine sahiptir ve çelik matris üzerinde TiCN ince filmler hazırlamak için kullanılabilir. Guojun Zhang ve diğ. grafit hedefi ve titanyum hedefi püskürtülerek karıştırılmış azot ve argon atmosferi altında TiCN filmler hazırladı. Püskürtme gücünün artması ve grafit hedefinin birikme verimliliğinin artmasıyla, aynı zamanda elde edilen filmlerin toplam kalınlık ve modülasyon döngüsünün arttığını belirtti. Püskürtme hedef gücünün artmasıyla, TiCN ince filminin yapısı değişti ve kristal düzlem yönü (111) ve (220) yavaş yavaş zayıfladı. TiCN ince filmin sertliği önce arttı, sonra azaldı ve z * 'nin yüksek sertliği 40GPa'dan fazla oldu. TiCN ince filmin sürtünme katsayısı, grafit hedefinin püskürtme gücünün artmasıyla azaldı ve z *, 0.2.Xu civarında kaldı. junhua ve diğ. magnetron püskürtme teknolojisi ile katı karbon kaynaklı TiCN ince filmler hazırladı. Bu çalışmada elde edilen grafit püskürtme hedef gücünün TiCN ince filmlerin yapısı ve sertliği üzerindeki etkisi temelde grafit püskürtme akımınınki ile tutarlıydı. Bununla birlikte, vakum teknolojisi ağı (http://www.chvacuum.com/) olduğuna inanıyor Yukarıdaki araştırma raporlarının hiçbiri TiCN ince filmlerin kompozisyonunu tespit etmedi. Katı karbon kaynakları kullanılarak hazırlanan TiCN ince filmlerde karbon içeriği hakkında net değildir ve TiCN ince filmler ile matris arasındaki bağlanma gücü analiz edilmemiştir.

Bu makale, Sichuan Üniversitesi RZP - 800 orta frekanslı reaktif magnetron püskürtme püskürtme makinesinin, CH4 veya C2H2 yerine karbon kaynağı olarak grafit hedef kullanılarak, grafit hedefinin TiCN film püskürtme ile hazırlanması sırasında azot ve argon atmosferinin bir karışımında araştırılmasını ve geliştirilmesini KULLANAR ve titanyum hedefi ve TiCN film bileşimini elde etmek için hazırlama yöntemi, yapısı, sertliği ve bağlanma mukavemeti analiz edilir ve araştırma, aynı zamanda, yüksek hızlı çelik yüzeyinde biriktirme TiCN filminin pratik uygulamasında yöntemle araştırılır. dokunun.

1. Deneysel yöntemler

1.1 malzeme ve film hazırlama teknolojisi

Substrat malzemesi olarak M2 yüksek hız çeliğinin seçilmesi, örneklem büyüklüğü 6 mm x 10 mm x 6 mm'dir ve kesme testi için kullanılan aynı kumaş Φ 10 mm spesifik musluk numarası hazırlayın . Püskürtme hedefleri bir çift titanyum hedefi (% 99,99 saflık) ve bir çift grafit hedefi (% 99,99 saflık) idi ve iki hedef (4 hedef) kaplama duvarına dönüşümlü ve düzgün bir şekilde yerleştirildi. Kaplamadan önce, Örnek çıplak gözle görülebilen makroskopik çizikleri gidermek için cilalandı ve ayna yüzeyine cilalandı. Daha sonra, yüzeysel tabakadaki kirliliği gidermek için musluk ve numune birlikte kumlanır. Ultrasonik temizlemeden sonra, numune üflemeyle kurutuldu ve fırına yüklendi. 9.0 10-3 Pa'ya kadar vakumla doldurun, iş parçasını 60 dakika önceden ısıtın ve daha sonra negatif önyargı altında alt tabakayı aşınmak ve temizlemek için argon iyon bombardımanının etkisini kullanın Film ile matris arasındaki yapışma kuvvetini arttırmak için, buharlaşan potadaki Ti metal bloklar matris üzerinde bir Ti metal geçiş tabakası tabakası bırakmaktadır. Z * 'dan sonra, 4.5 10-1 Pa basınçta, grafit serpilmiş 3 saat TiCN ince filmler hazırlamak için hedef ve titanyum hedefi kullanıldı. Kaplama, 1 saat boyunca soğutuldu ve örnekler alındı .

1.2 İnce filmlerin yapı ve performans karakterizasyonu

TiCN ince filminin kırılma yapısı ve yüzey morfolojisi, s-4800 (Hitachi, Japonya) SEM ile gözlendi ve filmin element içeriği, EDS.X 'Pert Pro (Philips, Holland) X - ışını kırınımı (XRD) ile analiz edildi. ) kaplamanın faz bileşimini ve tane büyüklüğünü analiz etmek için kullanılmıştır. Nano Indenter XP test sistemi (Agilent, America), kaplamanın sertliğini ve elastik modülünü analiz etmek için kullanılmıştır. Bu arada, inceltme yöntemi ve kazıma yöntemi kullanılmıştır. Film ve matris arasındaki bağlanma dayanımı. Girinti yöntemi için Hr-150a rockwell sertlik test cihazı kullanıldı ve yük 150 kg'dı. Çizik yöntemi hh-3000 çizik test cihazını benimsedi ve yük 100N'ydi. Z5135 dikey delme makinesi, musluğun kesme testinde kullanıldı. Delme makinesinin iş mili hızı 530r / dak, kılavuz çekme malzemesi 40Cr su verilmiş ve temperlenmiş çelikti ve su verilmiş ve temperlenmiş sertliği HRC29 ~ 32 idi.

2, sonuç

Katı karbon kaynağı kullanılarak, grafit hedefi ve titanyum hedefi, yüksek hızlı çelik substrat üzerinde TiCN ince filmler hazırlamak için reaktif magnetron püskürtme teknolojisi ile birlikte serpildi. Elde edilen TiCN ince filmlerin yapısı ve özellikleri sistematik olarak analiz edildi ve sonuçlar şöyle idi:

(1) TiCN ince filminin kırılması, arayüzeye dik büyüyen uzun bir blok yapı sunmuştur. TiCN ince filmin yüzeyindeki konavo-dışbükey yapı, TiN ince filmin yüzeyinden daha zayıf iken, TiCN ince filmin yüzeyinde daha fazla mikropartikül vardı. TiCN ince filmi TiN bazlı katı bir çözelti oluşturur. C atomunun eklenmesi, ince filmin (111) kristal yüzeyi üzerindeki kırınım zirvesini önemli ölçüde azaltır.

(2) C atomunun katı çözeltisi kuvvetlendirmesi ve ince kristal kuvvetlendirmesi nedeniyle, TiCN filminin sertliği, TiN filmine kıyasla önemli ölçüde geliştirildi ve TiCN filminin sertliği, 33.4GPa idi. Substrat olarak Ti geçiş katmanı kullanıldıktan sonra, TiCN filmi ile TiN filmi ve M2 yüksek hızlı çelik substrat arasındaki bağlanma kuvveti, her ikisi de yaklaşık 40N olan önemli ölçüde farklı değildi.

(3) TiCN filminin aşınma şekli, esas olarak sürtünme ve aşınma sırasında filmin yüzeyinde bir karbon transfer filmi oluşturan aşındırıcı aşınmadır. Film, katı yağlama ve sürtünme önleyici bir rol oynar. TiCN film kılavuzlarının kullanım ömrü, film olmayan kılavuzlara göre 3 kat daha yüksek olan ve TiN film kılavuzlarına göre 1,6 kat daha yüksek olan 40Cr malzemesine dokunduğunuzda önemli ölçüde iyileştirilir.

IKS PVD, saçma kaplama makinesi, iletişim: iks.pvd@foxmail.com